数字听诊器

数字听诊器概述

　　听诊器是一种医学仪器，用来聆听人体或动物体内的声音，例如：心脏、呼吸、肠胃等等。听诊器是1816年由法国医生雷纳克所发明的。

　　无论是声学听诊器，还是数字听诊器，主要功能都是作为心脏和肺部的辅助诊断工具，通过倾听声音信号进行诊断。声学听诊器的使用已经有大约200年的历史，而电子数字听诊器则是近期开发出来的新型设备。数字听诊器的基本目标是保持声学听诊器的外观和感觉，但提高了声音信号的检测能力。另外，高端数字听诊器还提供了一些新功能，例如：录音和回放，也可以提供直观的数据显示结果，并显示在外设显示器，如计算机监视器。先进的功能增强了医师的诊断能力。数字听诊器在改进性能的同时，还要求维持现有声学听诊器的外形(相同的外观和感觉)，这就需要使用小尺寸、低功耗的解决方案。

听诊器的来源

　　早在十九世纪的某一天，在法国巴黎一个豪华的住宅里，著名的医生雷内克正在给一个贵族家的小姐看病。雷内克医生在听完病人的病情介绍后，怀疑她患的是心脏病。雷内克心想，要是能听一下小姐的心脏跳动就好了。但是病人是一位年轻的贵族小姐，直接用耳朵听显然不合适。

　　雷内克医生苦苦的思索着，忽然在他的脑海里浮现出孩子们的游戏，一个孩子在树的一头敲打，另一个孩子在树的另外一头听。他从这件事得到启发，拿来一张纸，将纸紧紧地卷成一个圆筒。他将纸圆筒的一头贴在病人的胸部，另一头贴在自己的耳朵上。此时小姐的心跳可以清楚地听见了，比把耳朵直接贴在胸部听得还清楚。

　　雷内克医生回家后，请人专门做了一个空心的木管，用作看病时的听诊用。这就是第一代听诊器。这个听诊器的形状很像一个笛子，所以医生就叫它“医生之笛”。

　　这是什么原理呢？原来声音的发出是缘于物体的震动，然后通过空气传入耳朵。声音在空气中传播时是向四面八方传播的，雷内克用“听诊器”将声音“聚集”到一起，听起来的效果就好多了。

　　后人把木管改成现在的橡皮管，另一头改进为贴在病患者胸部能产生共鸣的小盒，就成了现在的听诊器。

数字听诊器结构

音频信号通道

　　数字听诊器的主要单元是声传感器、音频编解码器和扬声器。声传感器将声音转换成模拟电压信号，这是信号链路的关键。它决定了数字听诊器的诊断质量，而确保用户获得与声学听诊器相同的体验。

　　需要对模拟电压进行调理，并通过音频模/数转换器(ADC)或音频编解码器将其转换为数字信号。有些数字听诊器带有消噪声功能，需要另一个声传感器或麦克风记录环境噪声，然后经过数字输出消除噪声。这种方案中，需要使用两个音频ADC。

　　一旦转换成数字信号，即可利用微控制器单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)进行信号处理，包括环境噪声抑制和滤波，限制心脏和肺部声音信号的带宽范围。处理后的数字信号通过音频数/模转换器(DAC)或音频编解码器再转换成模拟信号。

　　在输出到扬声器之前，利用耳机放大器或扬声器放大器对音频信号进行调整。可以在听诊器的管叉处放置单声道扬声器，放大后的声音通过双声管传递到耳朵。另一种方案是采用双声道扬声器，每个听筒末端放置一个。考虑到这里的声音信号频率较低，扬声器的频响特性接近于重低音扬声器。根据不同设计方案选择使用单路或两路扬声器放大器。

　　听诊器必须对20Hz至400Hz心脏发出的声音和100Hz至1200Hz肺部发出的声音信号保持较高的灵敏度。注意，不同厂商可能规定了不同的频率范围，可以利用DSP算法滤除频率范围以外的信号。

数据存储和传输

　　一旦将采集的声音信号转换成模拟电压，电压信号可以通过一个音频插孔输出，并且可以在计算机或数字听诊器上回放。采集到的声音信号还可以转换成数字信号，然后存储在听诊器内部或可移动非易失(NV)存储器，如EEPROM或闪存，需要时，可以通过听诊器的扬声器回放，也可以传送到计算机做进一步分析。增加一个实时时钟(RTC)，可以按时间、日期标注记录。录音信号通过有线接口(如USB)或无线接口(如Bluetooth？或其它专有无线接口)传递。

显示和背光

　　多数数字听诊器由于空间受限只能配置小型显示器；有些显示器只带有按键和LED指示。因为听诊器在操作时环境亮度通常较暗，数字听诊器的显示器需要背光。小型显示器需要1到2个由LED驱动器控制的白光发光二极管(WLED)或由EL驱动器控制的场致发光(EL)板。当然，增加一个触摸屏及其控制器也可以去掉按键用户接口。

电源管理

　　绝大多数数字听诊器采用一节或两节AAA 1.5V原电池供电，设计要求用升压或boost开关调节器将电压提升到3.0V或5.0V，取决于具体电路。

　　如果安装了单节1.5V电池，开关调节器可能始终保持有效，系统的低静态电流成为延长电池寿命的关键。电池使用寿命越长，数字听诊器的使用就越便利，也更接近声学听诊器的使用习惯。

　　采用两节1.5V串联电池供电时，开关调节器可以始终保持有效，或在不使用时将其关断。如果电路的工作范围从3.6V至最低1.8V，可以不使用开关调节器，从而进一步降低成本、节省空间。低电量报警是必备功能，确保在对患者诊断过程中不需要更换电池。

电池管理

　　数字听诊器可以采用可充电电池供电，最好选择单节Li+电池。如果使用可充电电池，在数字听诊器或充电架内需要配备电池充电器。电量计可以精确测量电池的剩余电量，计算电池能够支持的工作时间。如果电池可拆卸，为确保安全以及较好地管理售后市场，有必要增加防伪认证功能。

数字听诊器的功能

　　1、常用来听诊人体的心、肺、脉等器官的声响变；

　　2、在量血压时用来放大脉搏声音，便于医生诊断；

　　3、呼吸系统方面，可以用来听肺的呼吸音，判别肺内病变；

　　4、也可以用来听诊胎儿的心音；

　　5、心血管方面，可以用来听心率，心音，血管杂音等；